JP2000320467A

JP2000320467A - 空気圧縮機

Info

Publication number: JP2000320467A
Application number: JP11128703A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Kato; 収三加藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高い省エネルギー効果が得られる空気圧縮機
を提供すること。【解決手段】負荷Ａ，Ｂ，Ｃに圧縮空気を供給する複
数の空気圧縮装置１３と、空気圧縮装置１３を制御する
制御装置２と、空気圧縮装置１３と負荷Ａ，Ｂ，Ｃとの
間に介装されて空気圧縮装置１３から吐出される圧縮空
気を負荷Ａ，Ｂ，Ｃに導く配管３と、配管３に配設され
圧力を検出する圧力検出手段４とを備えている。空気圧
縮装置１３のモーターＭを圧力検出手段４の出力に基づ
いてインバータ１４で制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工場内の生産ライ
ンなどの各種負荷に圧縮空気を供給する空気圧縮機に係
わり、特に、高い省エネルギー効果が得られる空気圧縮
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、工場における各種生産ラ
イン等の負荷に圧縮空気を供給する空気圧縮機は、電源
周波数による定速運転を行う複数の空気圧縮装置を、負
荷側の共通空気配管に取り付けた圧力センサーの出力に
応じて、制御装置によって、全負荷運転、容量調整運
転、又は運転停止に切り替えて運転を行っている。空気
圧縮装置には、スクリュー型の圧縮装置が使用されてお
り、全負荷運転の場合には、全負荷ロック弁をＯＮにす
ることで絞り込み弁を全開させ、また、容量調整運転を
行う場合には、圧力センサーの出力に基づいて制御装置
で絞り込み弁を制御して吐出空気量の調整を行ってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の空気
圧縮機は、空気圧縮装置のモーターをすべて電源周波数
による定速運転で行っているため、吐出空気量が無負荷
の場合でも、例えば、スクリュー型圧縮装置の場合に
は、１００％稼働時の７０％の動力が必要となり、エネ
ルギー効率が低くならざるを得なかった。

【０００４】また、従来の空気圧縮機では、圧力センサ
ーの出力のみによって、稼働する空気圧縮装置の台数制
御を行っているため、負荷の必要空気量の変動が大きく
なった場合に、空気量不足による設備の異常や空気量過
剰による圧力上昇に伴う配管の破裂などの不具合を起こ
すおそれがあった。

【０００５】さらに、従来の空気圧縮機では、例えば、
負荷側での圧縮空気の利用がなくなり、圧力センサーの
出力が上限値を超えた場合に、稼働している空気圧縮装
置の停止を行っているため、仮に配管に空気もれが生じ
て圧力センサーの出力が上限値を超えない場合には、空
気圧縮装置を停止できないという問題があった。

【０００６】従って、本発明の目的は、無負荷の状態で
も高い省エネルギー効果が得られる空気圧縮機を提供す
ることにある。

【０００７】また、本発明の目的は、負荷の必要空気量
の変動に対し柔軟に対応することが可能で、高い省エネ
ルギー効果が得られる空気圧縮機を提供することにあ
る。

【０００８】さらに、本発明の目的は、仮に配管の空気
もれ等で圧力センサーの出力が上限値に達しない場合に
おいても、確実に空気圧縮装置の停止が可能な、高い省
エネルギー効果が得られる空気圧縮機を提供することに
ある。

【０００９】また、本発明の目的は、負荷が複数のブロ
ックに区分されている場合にも、高い省エネルギー効果
が得られる空気圧縮機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、負荷に圧縮空気を供給する複数の空気圧縮装
置と、該複数の空気圧縮装置の稼働台数を制御する制御
装置と、前記空気圧縮装置と負荷との間に介装されて該
空気圧縮装置から吐出される圧縮空気を負荷に導く配管
と、該配管に配設され圧力を検出する圧力検出手段とを
備えた空気圧縮機において、前記複数の空気圧縮装置に
おける少なくとも一つのモーターを前記圧力検出手段の
出力に基づいてインバータで制御することを第１の特徴
としている。

【００１１】また、前記目的を達成するため本発明は、
前記第１の特徴を有する空気圧縮機において、前記制御
装置が、前記インバータで制御を行う前記空気圧縮装置
の負荷率に基づいて前記複数の空気圧縮装置の稼働台数
を制御することを第２の特徴としている。

【００１２】また、前記目的を達成するため本発明は、
前記第１又は第２の特徴を有する空気圧縮機において、
前記制御装置が、前記圧力検出手段の出力が所定時間を
越えて、所定の変動幅内にあるときに、前記複数の空気
圧縮装置のすべてを停止することを第３の特徴としてい
る。

【００１３】また、前記目的を達成するため本発明は、
前記第１〜第３のいずれか一の特徴を有する空気圧縮機
において、前記配管が、複数に区分された負荷に対応し
た分岐配管及び該区分された各負荷への圧縮空気の供給
量を調整する開閉弁を備えており、前記制御部が、前記
各負荷の稼働状態に応じて前記開閉弁の開閉を制御する
ことを第４の特徴としている。

【００１４】また、本発明は、負荷に圧縮空気を供給す
る空気圧縮装置と、該空気圧縮装置を制御する制御装置
と、前記空気圧縮装置と負荷との間に介装されて該空気
圧縮装置から吐出される圧縮空気を負荷に導く配管と、
該配管に配設され圧力を検出する圧力検出手段とを備え
た空気圧縮機において、前記制御装置が、前記圧力検出
手段の出力が所定時間を超えて、所定の変動幅にあると
きに、前記空気圧縮装置を停止することを第５の特徴と
している。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、添付
図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、本実施
形態に限定されるものではない。

【００１６】図１は、本発明に係る空気圧縮機の一実施
形態を示したものである。同図において、符号１は、空
気圧縮機、Ａ、Ｂ、Ｃは、生産ラインに応じてブロック
に区分された負荷を示している。

【００１７】図１に示したように、空気圧縮機１は、３
台の空気圧縮装置１１，１２，１３と、これら３台の空
気圧縮装置１１，１２，１３の稼働台数の制御を行う制
御装置２と、負荷Ａ，Ｂ，Ｃと空気圧縮装置１１，１
２，１３との間に介装された配管３と、配管３に配設さ
れて負荷の圧力を検出する圧力センサー（圧力検出手
段）４とを備えている。

【００１８】空気圧縮装置１１，１２，１３は、スクリ
ュー型の空気圧縮装置であり、これらのうち空気圧縮装
置１１，１２は、そのモーターを電源周波数による一定
速運転を行うもので、全負荷ロック弁をＯＮ／ＯＦＦす
ることで絞り込み弁を開閉させるように構成された従来
と同様のものである。

【００１９】空気圧縮装置１３は、インバータを搭載し
た空気圧縮装置であり、図２に示したように、制御装置
２を介して入力される圧力センサー４の出力に基づい
て、そのモーターＭが制御装置２内のインバータ１４で
可変速制御が可能であり、これにより容量調整を行える
ように構成されている。また、空気圧縮装置１３は、そ
のモーターＭの運転周波数を制御装置２に出力できるよ
うに構成されている。

【００２０】上記空気圧縮装置１１，１２，１３の稼働
は、負荷の必要空気量に対しては、図３に示したように
制御される。すなわち、各空気圧縮装置の定格出力にお
ける吐出空気量を１００％とし、負荷の必要空気量が１
００％以下の場合は、空気圧縮装置１３のみで容量調整
運転を行う。また、必要空気量が１００％〜２００％の
場合は、空気圧縮装置１１を出力１００％の全負荷運転
とし、残りの空気量を空気圧縮装置１３で容量調整運転
を行う。さらに、必要空気量が２００％〜３００％の場
合は、空気圧縮装置１１，１２の２台で出力１００％の
全負荷運転を行い、残りを空気圧縮装置１３で容量調整
運転を行う。つまり、空気圧縮装置１３は、容量調整用
として運転させる。尚、後述するように、負荷側の必要
空気量に応じた台数制御は負荷側の共通配管３内に取付
けた圧力センサー４の値及び空気圧縮装置１３の負荷率
によって制御装置２で行う。

【００２１】制御装置２は、マイコンを搭載したいわゆ
るプログラマブルコントローラを主体として構成されて
おり、図１に示したように、空気圧縮装置１１，１２そ
れぞれへの運転（ＯＮ）、停止（ＯＦＦ）、及び全負荷
運転（ＦＵＬＬ）の指示、空気圧縮装置１３への運転
（ＯＮ）、停止（ＯＦＦ）指示及び圧力センサー４の出
力値の出力（Ｐ）並びに開閉弁５，６，７への開閉の制
御指令等を行うように構成されている。なお、制御装置
２には、レジスタ（図示せず）が搭載されており、設定
圧力値２１、各負荷Ａ，Ｂ，Ｃの稼働スケジュール、圧
力センサー４の上限・下限値、後述する空気圧縮装置１
３の設定負荷率、空気圧縮装置の停止を判断するための
時間及び変動幅等の各種設定値を予め登録できるように
なっている。

【００２２】図２に示したように、圧力センサー４の出
力値のインバータ１４への入力は、設定圧力値２１を目
標値とした周知技術であるいわゆるＰＩＤ制御２２で行
われるように構成されている。

【００２３】また、制御装置２は、空気圧縮装置１３の
モーターＭの運転周波数ｆ（図１参照）をモニタするこ
とによってその負荷率を演算し、この負荷率に基づい
て、後述のように空気圧縮装置１１，１２，１３の稼働
を制御するようにプログラム設定されている。ここで、
負荷率は、モーターＭの最大運転周波数に対する実運転
周波数の百分率で定義する。

【００２４】さらに、制御装置２は、図４に示したよう
に、圧力センサー４からの出力が、上限圧力と目標圧力
の間において、所定の時間Ｔを越えて所定の変動幅内に
ある場合には、すべての空気圧縮装置を停止するように
プログラム設定されている。

【００２５】この空気圧縮装置の停止のために設定する
時間Ｔ及び変動幅Ｆは、負荷に応じて予め制御装置２に
登録しておくが、時間については、例えば、３０〜６０
分とすることが好ましい。また、変動幅Ｆについては、
例えば、通常稼働時の変動の平均Ｗを１００％とした場
合の５％以下に設定することが好ましい。

【００２６】また、制御装置２は、開閉弁５，６，７の
開閉を、各負荷Ａ，Ｂ，Ｃの稼働スケジュールを予め登
録することによって制御できるようにプログラム設定さ
れている。

【００２７】図１に示したように、配管３は、各負荷
Ａ，Ｂ，Ｃに対応した分岐管３１，３２，３３を備えて
おり、これら分岐管３１，３２，３３には、各負荷への
圧縮空気の供給量を調整する開閉弁５，６，７が配設さ
れている。

【００２８】圧力センサー４の出力は、制御装置２を介
して空気圧縮装置１３のインバータ１４に入力できるよ
うに構成されている。

【００２９】次に、上記空気圧縮機１に動作について説
明する。

【００３０】空気圧縮機１を起動すると、その起動の当
初は、調整運転用として空気圧縮装置１３で運転を開始
する。そして、負荷の必要空気量が上がって圧力センサ
ー４の圧力値が予め定めた圧力の下限値より下がったと
きは、空気圧縮装置１３の負荷率が設定負荷率（例えば
９５％）以下であれば空気圧縮装置１１の運転を追加す
ることなく、空気圧縮装置１３で吐出空気量を連続的に
上げるように制御装置２で制御する。空気圧縮装置１３
の負荷率が設定負荷率（例えば９５％）以上であれば空
気圧縮装置１１の運転を追加し、その後空気量の過剰分
を空気圧縮装置１３の負荷率を下げることで補う。この
ように圧力センサー４の圧力値が予め定めた圧力の下限
値よりも下がった場合における設定負荷率は、台数制御
に伴う圧力変動を抑える上で９０％〜９９％とすること
が好ましい。

【００３１】そして、空気圧縮装置１１，１３が稼働し
ている状態において、負荷側の必要空気量が下がって圧
力センサー４の圧力値が予め定めた圧力の上限値より上
がったときは、空気圧縮装置１３の負荷率が設定負荷率
（例えば５％）以上であれば空気圧縮装置１１の運転を
停止することなく、空気圧縮装置１３で吐出空気量を連
続的に下げるように制御装置２で制御する。空気圧縮装
置１３の負荷率が設定負荷率（例えば５％）以下であれ
ば空気圧縮装置１１の運転を停止させ、その後空気圧縮
装置１３の負荷率を上げるように制御することで不足す
る空気量を補う。このように圧力センサー４の圧力値が
予め定めた圧力の上限値よりも上がった場合における、
設定負荷率は、台数制御に伴う圧力変動を抑える上で１
％〜１０％とすることが好ましい。

【００３２】また、負荷Ａ，Ｂ，Ｃのうち、例えば、負
荷Ａのスケジュールが終了した場合には、制御装置２は
開閉弁５を閉じ、残りの負荷Ｂ、Ｃのみに対して圧縮空
気を供給できるようにする。

【００３３】また、圧力センサー４からの出力が、所定
時間を超えて、所定の変動幅内におさまっている場合に
は、制御装置２は、すべての空気圧縮装置に運転の停止
指示を出す。

【００３４】このように、本実施形態の空気圧縮機１に
よれば、空気圧縮装置１３のモーターＭをインバータ１
４によって可変速制御するようにしたので、従来の電源
周波数による定速運転に比べて高い省エネルギー効果を
得ることができる。

【００３５】また、空気圧縮装置１３の負荷率をモニタ
することによって、稼働する空気圧縮装置の台数制御を
行うので、負荷の必要空気量の変動に対し柔軟に対応す
ることが可能であり、空気量不足による設備の異常や空
気量過剰による圧力上昇に伴う配管の破裂などの不具合
を起こすおそれがない。さらに、圧力センサー４からの
出力が、所定時間を越えて、所定の変動幅内にある場合
には、すべての空気圧縮装置を停止させることができる
ため、仮に配管に空気もれがあり、圧力センサー４の出
力が上限値を超えない場合においても、空気圧縮装置を
確実に停止することができる。したがって、工場などの
休日にも自動的に空気圧縮機を停止でき、これにより、
高い省エネルギー効果を得ることができる。また、生産
ラインに応じてブロックに区分された各負荷のスケジュ
ールに対応して開閉弁を開閉できるので、配管ロスを最
小限に抑えることができ、高い省エネルギー効果を得る
ことができる。

【００３６】上記実施形態の空気圧縮機１では、インバ
ータ１４による制御を行う空気圧縮装置１３の運転周波
数をモニタすることにより、その負荷率を測定し、空気
圧縮装置の台数制御を行うようにしたが、本発明に係る
空気圧縮機は、例えば、インバータ制御を行う空気圧縮
装置のモーターの電流、モーターの電力値をモニタする
ことにより、稼働する空気圧縮装置の台数制御を行って
もよい。

【００３７】また、上記実施形態の空気圧縮機１では、
各負荷の稼働スケジュールを予め制御装置２に登録して
おき、稼働スケジュールに基づいた各負荷Ａ，Ｂ，Ｃの
稼働状態に応じて、開閉弁５，６，７を開閉するように
構成したが、例えば、制御装置に予め消費電力の下限値
を登録しておき、各負荷の消費電力を検出してこの消費
電力と登録した下限値とを比較して各負荷の稼働状態を
判断し、下限値を下回ったときは停止状態と判断して各
開閉弁の開閉を制御するように構成してもよい。

【００３８】上記実施形態の空気圧縮機１では、空気圧
縮装置を３台備えた構成としたが、本発明に係る空気圧
縮機は、空気圧縮装置を４台異常備えた構成としてもよ
いことはいうまでもなく、また、複数の空気圧縮装置の
１台だけではなく２台以上の空気圧縮装置のモーターを
インバータで制御するように構成してもよい。これによ
り、さらに省エネルギー効果が得られるほか、故障時の
バックアップも可能となり、また、当該インバータ制御
の空気圧縮装置のメンテナンス時にもいずれかの一方の
装置のみ出運転することで、空気圧縮機自体は引き続き
運転することが可能である。

【００３９】また、上記実施形態では、圧力センサー４
の出力を一旦制御装置２に入力した後に空気圧縮機の制
御対象値として出力したが、本発明に係る空気圧縮機
は、圧力センサーの出力を、直接インバータ制御を行う
空気圧縮装置にその制御対象値として入力してもよい。

【００４０】また、上記実施形態の空気圧縮機１では、
スクリュー型の空気圧縮装置を複数台備えた空気圧縮機
に本発明を適用したが、本発明に係る空気圧縮機は、レ
シプロタイプの空気圧縮装置を複数台備えた空気圧縮機
にも適用できることはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。

【００４２】第１の特徴を有する発明によれば、空気圧
縮装置のモーターの少なくとも一つを、圧力検出手段の
出力に基づいてインバータによる可変速制御が可能な構
成にしたので、従来の電源周波数による定速運転による
空気圧縮機に比べて高い省エネルギー効果が得られる。

【００４３】第２の特徴を有する発明によれば、上記効
果に加えて、可変速制御を行う空気圧縮装置の負荷率に
基づいて、空気圧縮装置の台数制御を行うので、負荷の
必要空気量の変動に対し柔軟に対応することが可能であ
る。従って、空気量不足による設備の異常や空気量過剰
による圧力上昇に伴う配管の破裂などの不具合を起こす
おそれがなく、安定した運転により、高い省エネルギー
効果が得られる。

【００４４】第３の特徴を有する発明によれば、上記効
果に加えて、仮に配管のもれがあったときに、圧力検出
手段の出力が上限値に達しない場合においても、空気圧
縮装置を確実に停止することができ、これにより高い省
エネルギー効果が得られる。

【００４５】第４の特徴を有する発明によれば、上記効
果に加えて、負荷が複数のブロックに区分されている場
合においても、負荷の稼働状態に応じて供給する空気量
を調整することができるので、無駄な配管ロスなどを最
小限に抑えることができ、高い省エネルギー効果を得る
ことができる。

【００４６】第５の特徴を有する発明によれば、仮に配
管のもれがあったときに、圧力センサーの出力が上限値
に達しない場合においても、空気圧縮装置を確実に停止
することができ、これにより高い省エネルギー効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空気圧縮機の一実施形態を示す概
略ブロック図である。

【図２】同実施形態の空気圧縮機におけるインバータ制
御の空気圧縮装置の要部ブロック図である。

【図３】同実施形態の空気圧縮機における負荷の必要空
気量に対する各空気圧縮装置の運転構成を示す図であ
る。

【図４】同実施形態の空気圧縮機における圧力センサー
からの出力と時間との関係を示す図である。

【符号の説明】

１：空気圧縮機、２：制御装置、３：配管、４：圧力セ
ンサー（圧力検出手段）、５，６，７：開閉弁、１１，
１２，１３：空気圧縮装置、１４：インバータ、３１，
３２，３３：分岐管、Ａ，Ｂ，Ｃ：負荷、Ｍ：モータ
ー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｃ 29/10 ３２１Ｆ０４Ｂ 49/02 ３３１ＦＦターム(参考） 3H029 AA03 AB02 AB08 BB42 BB51 BB54 CC07 CC13 CC27 CC52 CC59 CC63 3H045 AA03 AA05 AA09 AA16 AA26 BA07 BA32 CA03 CA21 CA25 CA30 DA01 DA07 DA16 DA33 DA42 DA47 EA04 EA13 EA20 EA26 EA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷に圧縮空気を供給する複数の空気圧
縮装置と、該複数の空気圧縮装置の稼働台数を制御する
制御装置と、前記空気圧縮装置と負荷との間に介装され
て該空気圧縮装置から吐出される圧縮空気を負荷に導く
配管と、該配管に配設され圧力を検出する圧力検出手段
とを備えた空気圧縮機において、前記複数の空気圧縮装
置における少なくとも一つのモーターを前記圧力検出手
段の出力に基づいてインバータで制御することを特徴と
する空気圧縮機。
【請求項２】請求項１に記載の空気圧縮機において、
前記制御装置が、前記インバータで制御を行う前記空気
圧縮装置の負荷率に基づいて前記複数の空気圧縮装置の
稼働台数を制御することを特徴とする空気圧縮機。
【請求項３】請求項１又は２に記載の空気圧縮機にお
いて、前記制御装置が、前記圧力検出手段の出力が所定
時間を越えて、所定の変動幅内にあるときに、前記複数
の空気圧縮装置のすべてを停止することを特徴とする空
気圧縮機。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか一に記載の空気
圧縮機において、前記配管が、複数に区分された負荷に
対応した分岐管及び該区分された各負荷への圧縮空気の
供給量を調整する開閉弁を備えており、前記制御装置
で、前記各負荷の稼働状態に応じて前記開閉弁の開閉を
制御することを特徴とする空気圧縮機。
【請求項５】負荷に圧縮空気を供給する空気圧縮装置
と、該空気圧縮装置を制御する制御装置と、前記空気圧
縮装置と負荷との間に介装されて該空気圧縮装置から吐
出される圧縮空気を負荷に導く配管と、該配管に配設さ
れ圧力を検出する圧力検出手段とを備えた空気圧縮機に
おいて、前記制御装置が、前記圧力検出手段の出力が所
定時間を超えて、所定の変動幅にあるときに、前記空気
圧縮装置を停止することを特徴とする空気圧縮機。